WO2018092432A1 - 燃料電池 - Google Patents

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WO2018092432A1
WO2018092432A1 PCT/JP2017/035201 JP2017035201W WO2018092432A1 WO 2018092432 A1 WO2018092432 A1 WO 2018092432A1 JP 2017035201 W JP2017035201 W JP 2017035201W WO 2018092432 A1 WO2018092432 A1 WO 2018092432A1
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WO
WIPO (PCT)
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fuel cell
discharge
exhaust
cathode
housing
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/035201
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English (en)
French (fr)
Inventor
康人 尾出
Original Assignee
ブラザー工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This technology relates to a fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen.
  • the fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen, a hydrogen supply unit that supplies a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell stack, and an oxidizing gas that contains oxygen to the fuel cell stack
  • a hydrogen supply unit that supplies a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell stack
  • an oxidizing gas that contains oxygen to the fuel cell stack
  • the fuel cell stack is formed by stacking a plurality of flat unit cells.
  • the unit cell includes a membrane electrode assembly having an anode, a cathode, and a solid polymer membrane as an electrolyte sandwiched between the anode and the cathode, and a pair of separators disposed on both sides of the membrane electrode assembly.
  • the fuel gas that has flowed into the fuel cell stack from the hydrogen supply unit contacts the anode and is then discharged from the fuel cell stack.
  • the oxidizing gas flowing into the fuel cell stack from the air pump is discharged from the fuel cell stack after contacting the cathode.
  • Hydrogen is supplied to the anode by the contact of the fuel gas
  • oxygen is supplied to the cathode by the contact of the oxidizing gas.
  • an electrochemical reaction occurs between the anode and the cathode, and an electromotive force is generated.
  • water is generated by the reaction between hydrogen ions that have passed through the solid polymer membrane from the anode side and oxygen in the oxidizing gas. Therefore, the exhaust on the cathode side in the fuel cell stack contains water.
  • the cathode side exhaust is discharged outside the housing.
  • Patent Document 1 when one pipe for discharging exhaust from the fuel cell stack and another pipe having a relief valve at the discharge port are provided, and the discharge port of the one pipe is blocked Has opened the relief valve by the switching unit, and exhausted the exhaust from the fuel cell stack to the outside of the vehicle from other piping.
  • a first discharge path and a second discharge path shorter than the first discharge path are provided, and the outside air is discharged when the temperature of the outside air is equal to or higher than a predetermined temperature.
  • the fuel is discharged out of the vehicle from the second discharge path shorter than the first discharge path.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 cannot be thawed when water freezes, and cannot block the blockage caused by freezing of the exhaust path. There is.
  • heating with a heater or the like can be considered for thawing, but there is a problem that an extra device and energy for heating are required.
  • An object of the present disclosure is to provide a fuel cell that can easily prevent water from being frozen and thawed along with power generation.
  • the fuel cell according to the present disclosure includes a casing, an anode and a cathode provided in the casing, a bottom wall, a top wall, and a side wall continuous to the bottom wall and the top wall, and the cathode
  • An inflow chamber into which the exhaust gas flows in a first opening provided in the bottom wall and connected to the outside of the housing, and a second opening provided in the top wall or the side wall and connected to the outside of the housing. It is provided with providing an opening part.
  • the cathode-side exhaust flows into the inflow chamber before being discharged to the outside of the housing as power is generated. Therefore, the heat of the exhaust easily prevents water from being frozen and thawed. be able to.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows schematic structure inside a housing
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by A in FIG. 2.
  • 6 is a side view of a fuel cell according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a partial expanded sectional view which shows schematic structure of a discharge box.
  • the fuel cell 1 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell.
  • a fuel cell 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell stack 2 that generates electricity by a reaction of hydrogen and oxygen, a hydrogen supply unit 3 that supplies a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell stack 2, and oxygen to the fuel cell stack 2.
  • An air pump 4 for supplying an oxidizing gas, a gas-liquid separator 5 and a discharge box 6 are provided.
  • the oxidizing gas is air.
  • the hydrogen supply unit 3 includes, for example, a plurality of MH (Metal Hydride) cylinders (not shown).
  • the fuel cell stack 2 is configured by stacking a plurality of flat unit cells.
  • the unit cell includes a membrane electrode assembly 2a and a pair of separators (not shown) disposed on both sides of the membrane electrode assembly 2a.
  • the membrane electrode assembly 2 a includes an anode 20, a cathode 21, and a solid polymer film 22 as an electrolyte sandwiched between the anode 20 and the cathode 21. In FIG. 1, only one membrane electrode assembly 2a is shown.
  • the fuel cell stack 2 has a fuel gas flow path 200 through which fuel gas flows and supplies hydrogen to the anode 20.
  • the inflow side of the fuel gas channel 200 is connected to the hydrogen supply unit 3 through, for example, a pipe through which the fuel gas flows.
  • the discharge side of the fuel gas channel 200 is connected to the discharge box 6 as will be described later.
  • the fuel gas supplied from the hydrogen supply unit 3 to the fuel cell stack 2 flows into the fuel gas channel 200, contacts the anode 20, and is then discharged from the fuel gas channel 200 to the outside of the fuel cell stack 2.
  • the fuel cell stack 2 has an oxidizing gas flow path 210 through which oxidizing gas flows and supplies oxygen to the cathode 21.
  • the inflow side of the oxidizing gas channel 210 is connected to the air pump 4 via, for example, a pipe through which the oxidizing gas flows.
  • the discharge side of the oxidizing gas channel 210 is connected to the discharge box 6 as will be described later.
  • the oxidizing gas supplied from the air pump 4 to the fuel cell stack 2 flows into the oxidizing gas channel 210, contacts the cathode 21, and is then discharged from the oxidizing gas channel 210 to the outside of the fuel cell stack 2.
  • the exhaust on the cathode 21 side in the fuel cell stack 2 contains water.
  • the electrochemical reaction is an exothermic reaction, and the exhaust on the cathode 21 side retains heat. Further, part of the water passes through the solid polymer film 22 and moves to the anode 20 side.
  • the oxidizing gas is air
  • a part of nitrogen in the air passes through the solid polymer film 22 and moves to the anode 20 side. Therefore, the exhaust on the anode 20 side includes impurities such as water and nitrogen.
  • the gas-liquid separator 5 is connected to the fuel cell stack 2 and the discharge box 6 and separates and discharges the inflowing fluid into gas and water.
  • the inflow side of the gas-liquid separator 5 is connected to the discharge side of the fuel gas passage 200, and a fluid containing hydrogen discharged from the anode 20 side and impurities such as water flows in.
  • the drain side of the gas-liquid separator 5 is connected to the discharge box 6.
  • the gas discharge side of the gas-liquid separator 5 is connected to a middle portion of the hydrogen inflow path from the hydrogen supply unit 3 to the fuel gas flow path 200. Thereby, the hydrogen discharged from the fuel gas channel 200 in an unreacted state can be circulated and supplied to the anode 20 again.
  • the impurities contained in the gas discharged from the anode 20 side increase with the power generation of the fuel cell stack 2, whereby the hydrogen concentration supplied to the anode 20 decreases. For this reason, the fuel cell 1 periodically discharges the gas in the circulation path from the hydrogen circulation path to the outside of the fuel cell 1.
  • the discharge box 6 is connected to the drain side of the gas-liquid separator 5 and the discharge side of the oxidizing gas flow path 210. Therefore, the drainage on the anode 20 side and the exhaust on the cathode 21 side flow into the discharge box 6. Further, the gas and liquid that have flowed into the discharge box 6 are discharged to the outside of the casing 10 of the fuel cell 1 which will be described later.
  • the fuel cell 1 includes a housing 10, and each part such as the fuel cell stack 2 and the air pump 4 that form the fuel cell 1 is arranged inside the housing 10.
  • FIG. 2 illustration of the hydrogen supply unit 3 and the gas-liquid separator 5 is omitted. Note that the vertical and horizontal directions used in the following description are shown in the drawings.
  • the housing 10 extends downward from the outer surface of the lower wall portion 10a on the bottom side of the housing 10, has a leg portion 11 that is long in the left-right direction, and is installed with the leg portion 11 disposed on the installation surface.
  • the leg portions 11 are directed to both ends of the lower wall portion 10a in the front-rear direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2), but in FIG. 2, only one of the rear side (the back surface side of the paper surface) is provided.
  • the discharge box 6 is provided on the inner surface of the lower wall portion 10 a of the housing 10 inside the housing 10. Therefore, the discharge box 6 is located on the bottom side of the housing 10.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by A in FIG.
  • the discharge box 6 has a rectangular parallelepiped shape, and includes a rectangular plate-shaped bottom wall 60, a rectangular plate-shaped top wall 61 facing the bottom wall 60, a bottom wall 60, and a rectangular frame-shaped side wall 62 connected to the top wall 61.
  • the outer surface of the bottom wall 60 is in contact with the inner surface of the lower wall portion 10 a of the housing 10.
  • the side wall 62 rises from the peripheral edge of the inner surface of the bottom wall 60.
  • the top wall 61 is provided such that the peripheral edge of the inner surface is in contact with the upper end surface of the side wall 62.
  • a first discharge port 601 is formed through the bottom wall 60.
  • a first communication port 101 that is continuous with the first discharge port 601 is provided through the lower wall portion 10 a of the housing 10. Accordingly, the first communication port 101 and the first discharge port 601 communicate with the outside of the housing 10 and the discharge box 6, and the first discharge port 601 communicates with the outside of the housing 10 through the first communication port 101. ing.
  • a drain cap 71 is attached to the first discharge port 601 and the first communication port 101.
  • the drain cap 71 is a component for preventing intrusion of wind and rain from the outside and discharging internal water to the outside.
  • the drain cap 71 communicates the inside of the discharge box 6 with the outside of the housing 10. Exhaust gas and waste water in the discharge box 6 are discharged to the outside of the housing 10 through the drain cap 71.
  • an exhaust inlet 610 In the top wall 61 of the discharge box 6, an exhaust inlet 610, a drain inlet 611, and a second outlet 612 are provided.
  • the exhaust inlet 610 is provided on the left side of the central portion in the left-right direction
  • the second outlet 612 is provided on the right rear of the exhaust inlet 610
  • the drain inlet 611 is provided on the right front of the second outlet. ing.
  • the discharge box 6 is covered with a heat insulating wall 8 on the upper surface and side surfaces on the outside.
  • the heat insulating wall 8 includes an upper wall portion 80 and a rectangular frame-shaped frame portion 81.
  • the frame portion 81 rises upward from the inner surface of the lower wall portion 10 a of the housing 10 and covers the outer surface of the discharge box 6.
  • the upper wall portion 80 is in contact with the upper end surface of the frame portion 81 and covers the upper surface outside the discharge box 6.
  • not only the upper surface and the side surface but also the lower surface may be covered with a heat insulating member.
  • the upper wall portion 80 of the heat insulating wall 8 is connected to the first connecting port 800 connected to the exhaust inlet 610 of the discharge box 6, the second connecting port 801 connected to the drain inlet 611, and the second outlet 612.
  • a third continuous port 802 is provided through.
  • a cathode side pipe 90 is connected to the exhaust inlet 610 and the first connecting port 800.
  • One end of the cathode side pipe 90 is inserted through the exhaust inlet 610 and the first connecting port 800 and continues into the discharge box 6 from the top wall 61 side.
  • the other end of the cathode side pipe 90 extends upward from the discharge box 6 and is connected to the discharge side of the oxidizing gas flow path 210 of the stack 2 via a connection pipe (not shown). Therefore, in the cathode side pipe 90, the exhaust on the cathode 21 side flows, and the exhaust gas flowing through the cathode side pipe 90 flows into the discharge box 6.
  • the anode side pipe 91 is connected to the drainage inlet 611 and the second connecting port 801. One end of the anode side pipe 91 is inserted into the drainage inlet 611 and the second connection port 801 and is connected to the inside of the discharge box 6 from the top wall 61 side. The other end of the anode side pipe 91 extends upward from the discharge box 6 and is connected to the drain side of the gas-liquid separator 5 via a connection pipe or the like (not shown). Therefore, in the anode side pipe 91, the drainage on the anode 20 side flows, and the drainage that flows through the anode side pipe 91 flows into the discharge box 6.
  • the discharge box 6 forms a space surrounded by the bottom wall 60, the top wall 61 and the side wall 62 in the housing 10.
  • the formed space forms an inflow chamber into which exhaust on the cathode 21 side and drainage on the anode 20 side flow.
  • a discharge pipe 72 is connected to the second discharge port 612 and the third connecting port 802.
  • One end of the discharge pipe 72 is inserted through the second discharge port 612 and the third connection port 802 and is connected to the discharge box 6 from the top wall 61 side.
  • a midway portion of the discharge pipe 72 extends upward from one end portion and is folded downward.
  • the other end of the discharge pipe 72 extends downward from the folded portion. That is, the discharge pipe 72 has an inverted U shape as a whole.
  • a second communication port 102 communicating with the inside and the outside of the housing 10 a is penetrated in the lower wall portion 10 a of the housing 10, and the other end portion of the discharge pipe 72 is inserted through the second communication port 102.
  • the bottom side of the casing 10 is connected to the outside of the casing 10a. Therefore, the discharge pipe 72 communicates the inside of the discharge box 6 and the outside of the housing 10. The exhaust in the discharge box 6 is discharged to the outside of the housing 10 through the discharge pipe 72.
  • Both the drain cap 71 and the discharge pipe 72 are always open, and the exhaust and drainage can be discharged. Therefore, the cathode 21 side exhaust gas flowing into the discharge box 6 is simultaneously discharged from the first discharge port 601 and the second discharge port 612 to the outside of the discharge box 6 and discharged to the outside of the housing 10.
  • the fuel cell 1 drives the hydrogen supply unit 3 and the air pump 4 by a control device (not shown).
  • the hydrogen supply unit 3 By driving the hydrogen supply unit 3, the fuel gas flows through the fuel gas channel 200 and hydrogen is supplied to the anode 20. Further, the driving of the air pump 4 causes the oxidizing gas to flow through the oxidizing gas channel 210 and supply oxygen to the cathode 21. As a result, an electrochemical reaction occurs in the stack 2 to generate an electromotive force.
  • the fuel gas flowing through the fuel gas channel 200 flows into the gas-liquid separator 5 together with impurities such as water, and is separated into gas and water.
  • the gas discharged from the gas-liquid separator 5 flows into the hydrogen supply path from the hydrogen supply unit 3 to the stack 2. Further, the water discharged from the gas-liquid separator 5, that is, the drainage on the anode 20 side flows through the anode-side pipe 91 and flows into the discharge box 6 from the drainage inlet 611 and the second connecting port 801.
  • the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path 210 that is, the exhaust on the cathode 21 side flows through the cathode side pipe 90 together with impurities such as water, and the discharge box 6 from the exhaust inlet 610 and the first connection port 800. Flows in.
  • the exhaust on the cathode 21 side and the drain on the anode 20 side that have flowed into the discharge box 6 are discharged from the first discharge port 601 and the first communication port 101 to the outside of the housing 10 through the drain cap 71.
  • gas such as exhaust on the cathode 21 side flows through the discharge pipe 72 and is discharged from the second discharge port 612 and the third connection port 802 to the outside of the housing 10.
  • the exhaust on the cathode 21 side flows into the discharge box 6, and the discharge box 6 is heated by the heat of the exhaust.
  • the freezing of the water in the discharge box 6 and the inflow / outflow path of the discharge box 6 can be prevented, and when the water is frozen, the water can be thawed.
  • the exhaust on the cathode 21 side flows into the discharge box 6 along with the power generation of the fuel cell 1, so that it is easy to generate water in the discharge box 6 and the discharge path of the discharge box 6 simply by generating the power of the fuel cell 1. Freezing can be prevented and thawed.
  • the inflow / outflow paths such as the first discharge port 601 and the second discharge port 612, when the blockage due to freezing of water occurs, the blockage can be eliminated by thawing.
  • the discharge box 6 since the discharge box 6 has the 1st discharge port 601 and the 2nd discharge port 612, it is exhausted by the 2nd discharge port 612 even when the 1st discharge port 601 is obstruct
  • the second discharge port 612 is located above the first discharge port 601, and mainly water is discharged from the first discharge port 601 and gas is discharged from the second discharge port 612. In the box 6, gas-liquid separation can be performed to discharge the cathode 21 side exhaust and the anode 20 side drain.
  • the second discharge port 612 is provided in the top wall 61, water is not easily discharged from the second discharge port 612, and water freezing at the second discharge port 612 can be prevented better.
  • the cathode side pipe 90 is connected to the exhaust inlet 610 on the upper side of the discharge box 6 and is connected to the inside of the discharge box 6 from the top wall 61 side. Freezing can be prevented.
  • the discharge box 6 Since the discharge box 6 is covered with the heat insulating wall 8, the discharge box 6 is kept warm by the heat insulating wall 8. Thereby, the freezing of the water in the discharge box 6 can be suppressed, and the possibility of the water freezing can be reduced.
  • the drainage on the anode 20 side flows into the discharge box 6 and is heated by the exhaust of the cathode 21, so that freezing is prevented.
  • the discharge box 6 Since the discharge box 6 is located on the bottom side inside the housing 10, the distance from the first discharge port 601 to the outside of the housing 10 can be shortened. Thereby, even when the first communication port 101 of the housing 10 is frozen, thawing can be performed satisfactorily by heat conduction of the discharge box 6 heated by the exhaust on the cathode 21 side.
  • the discharge pipe 72 is connected to the second discharge port 612 and continues to the outside of the housing 10 via the second communication port 102 on the bottom side of the housing 10. Therefore, the exhaust on the cathode 21 side can be discharged to the outside of the housing 10 by the discharge pipe 72. Further, the other end portion of the discharge pipe 72, that is, a portion connected to the outside of the housing 10 faces downward, so that water does not easily collect. Therefore, freezing of water in the discharge pipe 72 can be prevented.
  • the discharge pipe 72 is inserted through the second discharge port 612 and the second communication port 102 of the housing 10 and communicates the inside of the discharge box 6 and the outside of the housing 10, water due to dew condensation or the like is placed in the housing. 10 can be prevented from coming into contact with the device, and malfunction of the device can be prevented.
  • the gas such as the exhaust on the cathode 21 side that has flowed into the discharge box 6 is discharged from the first discharge port 601 and the second discharge port 612 to the outside of the discharge box 6 simultaneously. Therefore, even if the first discharge port 601 or the second discharge port 612 is blocked due to freezing of water or the like, the first discharge port 601 and the second discharge port 612 are not switched and are blocked. Exhaust gas or the like can be automatically discharged from the second discharge port 612 or the first discharge port 601 that is not provided.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, the installation location of the discharge box 6 is different from that in the first embodiment.
  • symbol is attached
  • the discharge box 6 is positioned in contact with the outer surface of the right side wall 10 b outside the housing 10.
  • the casing 10 is provided with a ventilation port (not shown) for ventilating the casing 10.
  • the discharge box 6 has a bottom wall 60, a top wall 61, and a side wall 62.
  • the bottom wall 60, the top wall 61, and the side wall 62 are provided continuously.
  • the discharge box 6 is not covered by the heat insulating member, but may be covered by the heat insulating member.
  • the bottom wall 60 is provided with a first discharge port 601 connected to the outside, and a drain cap 71 is attached to the first discharge port 601.
  • the drain cap 71 is a component for preventing intrusion of wind and rain from the outside and discharging internal water to the outside.
  • the exhaust on the cathode 21 side and the drain on the anode 20 side are discharged to the outside through the first discharge port 601 through the drain cap 71.
  • the second discharge port 620 is provided on the left side of the side wall 62 of the discharge box 6. Further, a third communication port 103 that is continuous with the second discharge port 620 is provided on the right side wall 10 b of the housing 10. Therefore, the second discharge port 620 is connected to the inside of the housing 10 through the third communication port 103, and is connected to the inside of the housing 10 and the outside of the housing 10 through the ventilation port. Note that the housing 10 is not provided with the first communication port 101 and the second communication port 102 in the first embodiment.
  • One end of the cathode side pipe 90 is inserted through the second discharge port 620 and the third communication port 103 and is connected to the inside of the discharge box 6.
  • the other end of the cathode side pipe 90 is connected to the discharge side of the oxidizing gas flow path 210 of the stack 2.
  • One end of the anode side pipe 91 is inserted into the discharge box 6 through the second discharge port 620 and the third communication port 103.
  • the other end of the anode side pipe 91 is connected to the discharge side of the fuel gas flow path 200 of the stack 2.
  • the exhaust on the cathode 21 side flows from the cathode side pipe 90 and the drainage on the anode 20 side flows from the anode side pipe 91 into the discharge box 6.
  • Exhaust on the cathode 21 side flowing into the discharge box 6 is discharged to the outside through the drain cap 71 as described above, and is discharged from the second discharge port 620 to the inside of the housing 10. From the ventilation port to the outside of the housing 10. Further, the drainage on the anode 20 side flowing into the discharge box 6 is discharged from the first discharge port 601 to the outside of the housing 10 through the drain cap 71.
  • the exhaust on the cathode 21 side flows into the discharge box 6, and the discharge box 6 is heated by the heat of the exhaust.
  • prevention of water freezing and thawing can be easily performed in the discharge box 6 and the inflow / outflow path of the discharge box 6 simply by generating power from the fuel cell 1.
  • the inflow / outflow paths such as the first discharge port 601 and the second discharge port 620, when the blockage due to freezing of water occurs, the blockage can be eliminated by thawing.
  • the second exhaust port 620 is connected to the outside of the housing 10 via the third communication port 103, the inside of the housing 10, and the ventilation port of the housing 10, the exhaust on the cathode 21 side is exhausted to the outside of the housing 10. Can be discharged.
  • the discharge box 6 since the discharge box 6 has the 1st discharge port 601 and the 2nd discharge port 620, it is exhausted by the 2nd discharge port 620 even when the 1st discharge port 601 is obstruct
  • the second discharge port 620 is located above the first discharge port 601, and mainly water is discharged from the first discharge port 601 and gas is discharged from the second discharge port 620. In the box 6, gas-liquid separation is performed, and the exhaust on the cathode 21 side and the drain on the anode 20 side can be discharged to the outside of the housing 10.
  • the gas such as the exhaust on the cathode 21 side that has flowed into the discharge box 6 is simultaneously discharged from the first discharge port 601 and the second discharge port 620 to the outside of the discharge box 6. Therefore, even if the first discharge port 601 or the second discharge port 620 is blocked due to freezing of water or the like, the first discharge port 601 and the second discharge port 620 are not switched and are blocked.
  • the exhaust can be automatically exhausted from the second exhaust port 620 or the first exhaust port 601 that is not.
  • the bottom wall 60, the top wall 61, and the side wall 62 of the discharge box 6 may be configured to serve as the wall portion of the housing 10. Further, the drain cap 71 may not be provided.
  • the fuel cell according to the present disclosure includes a casing, an anode and a cathode provided in the casing, a bottom wall, a top wall, and a side wall continuous to the bottom wall and the top wall, and the cathode
  • An inflow chamber into which the exhaust gas flows in a first opening provided in the bottom wall and connected to the outside of the housing, and a second opening provided in the top wall or the side wall and connected to the outside of the housing.
  • the discharge box 6 is an example of an inflow chamber.
  • the first discharge port 601 is an example of a first opening.
  • the second discharge ports 612 and 620 are an example of a second opening.
  • the exhaust on the cathode side flows into the inflow chamber, and the inflow chamber is heated by the heat of the exhaust.
  • freezing of water can be prevented in the inflow chamber and the inflow / outflow path of the inflow chamber, and when water is frozen, thawing can be performed.
  • the exhaust gas flows into the inflow chamber along with power generation, it is possible to easily prevent and thaw the water in the inflow chamber and the inflow / outflow path of the inflow chamber along with the power generation of the fuel cell.
  • the blockage by freezing of water arises in the inflow / outflow route, the blockage can be eliminated by thawing.
  • At least one of the exhaust inlet 610, the drain inlet 611, the first outlet 601, the second outlet 612, or the second outlet 620 is an example of an inflow / outlet path.
  • the inflow chamber has the first opening and the second opening, even if the first opening is blocked by freezing of water, the second opening can be used to exhaust the fuel cell. Power generation by can be continued. Further, the second opening is positioned above the first opening, and mainly water is discharged from the first opening and gas is discharged from the second opening. Separation can be performed to discharge the cathode exhaust and anode drain.
  • the fuel cell of the present disclosure is characterized in that the second opening is provided in the top wall.
  • water is not easily discharged from the second opening, and water freezing in the second opening can be prevented better.
  • the fuel cell according to the present disclosure includes a flow pipe that extends from the top wall side to the inside of the inflow chamber and through which exhaust on the cathode side flows.
  • the cathode side pipe 90 is an example of a flow pipe.
  • the flow pipe is connected to the upper side of the inflow chamber, and water does not accumulate in the flow pipe, so that freezing can be well prevented.
  • the fuel cell of the present disclosure includes a heat insulating member that covers the inflow chamber.
  • the inflow chamber can be kept warm by the heat insulating member, water freezing can be suppressed, and the possibility of water freezing can be reduced.
  • the fuel cell according to the present disclosure is characterized in that waste water on the anode side flows into the inflow chamber.
  • the drainage on the anode side flows into the inflow chamber and is heated by the exhaust of the cathode, so that the drainage can be prevented from freezing.
  • the fuel cell of the present disclosure is characterized in that the inflow chamber is located on the bottom side inside the casing.
  • the distance from the first opening to the outside of the housing can be shortened.
  • the heat can be thawed satisfactorily by the conduction of heat in the heated inflow chamber.
  • the fuel cell of the present disclosure is characterized in that the inflow chamber is located in contact with the outer surface of the casing.
  • the exhaust on the cathode side flows into the inflow chamber, and the inflow chamber is heated by the heat of the exhaust.
  • freezing of water can be prevented in the inflow chamber and the inflow / outflow path of the inflow chamber, and when water is frozen, thawing can be performed.
  • the inflow chamber is outside the housing, it is possible to prevent water due to condensation or the like from coming into contact with the device in the housing, and to prevent a malfunction of the device.
  • the fuel cell of the present disclosure includes a pipe connected to the second opening and connected to the outside of the casing on the bottom side of the casing.
  • the exhaust can be discharged to the outside of the housing through the pipe.
  • the part connected to the outside of the casing of the piping faces downward so that water does not collect easily. Therefore, freezing of water in the piping can be prevented.
  • the pipe since the pipe communicates with the second opening and the outside of the casing, water due to condensation or the like can be prevented from coming into contact with the equipment in the casing, and problems of the equipment can be prevented.
  • the fuel cell of the present disclosure is characterized in that the exhaust gas flowing into the inflow chamber is simultaneously discharged from the first opening and the second opening to the outside of the inflow chamber.
  • the second opening or the second opening that is not closed without switching between the first opening and the second opening is performed.
  • the exhaust can be automatically discharged from one opening.

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Abstract

発電に伴って配管の凍結を容易に解消することができる燃料電池を提供する。燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁(60)、天壁(61)、並びに、底壁(60)及び天壁(61)に連なる側壁(62)を有し、カソードの側の排気が流入する排出ボックス(6)と、底壁(60)に設けられ、筐体の外部に連なる第１排出口(601)と、天壁(61)に設けられ、筐体の外部に連なる第２排出口(612)とを備える。

Description

燃料電池
　本技術は、水素及び酸素を反応させて発電する燃料電池に関する。
　燃料電池は、水素及び酸素を化学反応させることにより発電する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに水素を含む燃料ガスを供給する水素供給部と、燃料電池スタックに酸素を含む酸化ガスを供給するエアポンプと、燃料電池スタック等を収容する筐体とを備える。
　燃料電池スタックは、平板状の単位セルを複数積層して構成されている。単位セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソードに挟まれた電解質としての固体高分子膜とを有する膜電極接合体と、該膜電極接合体の両側に配置される一対のセパレータを有する。
　水素供給部から燃料電池スタックに流入した燃料ガスは、アノードに接触した後、燃料電池スタックから排出される。エアポンプから燃料電池スタックに流入した酸化ガスは、カソードに接触した後、燃料電池スタックから排出される。燃料ガスの接触によりアノードに水素が供給され、酸化ガスの接触によりカソードに酸素が供給される。これにより、アノード及びカソード間において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。電気化学反応においては、アノード側から固体高分子膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。したがって、燃料電池スタックにおけるカソードの側の排気には水が含まれる。
　燃料電池スタックの発電に伴って、カソードの側の排気は筐体の外部に排出される。例えば、特許文献１記載の技術では、燃料電池スタックからの排気を排出する一の配管と、排出口にリリーフバルブを設けた他の配管とを設け、一の配管の排出口が閉塞した場合には、切換部によりリリーフバルブを開弁し、他の配管から燃料電池スタックからの排気を車両外に排出している。
　また、特許文献２の自動車においては、第１排出路と、第１排出路よりも短い第２排出路を設け、外気の温度が所定温度以上である場合に第１排出路から排出し、外気の温度が所定温度よりも低い場合、第１排出路よりも短い第２排出路から車外に排出している。
特開２００８－１３７５７１号公報 特開２００６－３１３６６４号公報
　しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術並びにこれらを組み合わせた技術では、水が凍結した場合に解凍することはできず、また、排気のための経路の凍結による閉塞を解消できないという問題がある。また、解凍にはヒータ等により加熱することが考えられるが、加熱のための装置及びエネルギー等が余分に必要となるという問題がある。
　本開示の目的とするところは、発電に伴って、水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる燃料電池を提供することにある。
　本開示の燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部とを備えることを備えることを特徴とする。
　本開示の燃料電池は、発電に伴って、カソード側の排気が筐体の外部への排出の前に流入室に流入するので、排気の熱により、水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる。
実施の形態１の燃料電池の概略構成を示すブロック図である。 筐体の内部の概略構成を示す断面図である。 図２中にＡで示した部分の拡大図である。 実施の形態２の燃料電池の側面図である。 排出ボックスの概略構成を示す部分拡大断面図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
　燃料電池１は例えば固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell ）等である。図１に示す燃料電池１は、水素及び酸素の反応により発電する燃料電池スタック２と、該燃料電池スタック２に水素を含む燃料ガスを供給する水素供給部３と、燃料電池スタック２に酸素を含む酸化ガスを供給するエアポンプ４と、気液分離器５と、排出ボックス６とを備える。一例として、酸化ガスは空気である。水素供給部３は、例えば、複数のＭＨ（Metal Hydride ）ボンベ（図示略）を有する。
　燃料電池スタック２は、平板状の単位セルを複数積層して構成されている。単位セルは、膜電極接合体２ａと、該膜電極接合体２ａの両側に配置される一対のセパレータ（図示略）とを有する。膜電極接合体２ａは、アノード２０と、カソード２１と、アノード２０及びカソード２１に挟まれた電解質としての固体高分子膜２２とを有する。なお、図１においては、一の膜電極接合体２ａのみを示している。
　燃料電池スタック２は、燃料ガスが通流し、アノード２０に水素を供給する燃料ガス流路２００を有する。燃料ガス流路２００の流入側は、例えば燃料ガスが通流する配管を介して、水素供給部３に接続される。燃料ガス流路２００の排出側は、後述するように排出ボックス６に接続されている。水素供給部３から燃料電池スタック２に供給された燃料ガスは、燃料ガス流路２００に流入し、アノード２０に接触した後、燃料ガス流路２００から燃料電池スタック２の外部に排出される。
　燃料電池スタック２は、酸化ガスが通流し、カソード２１に酸素を供給する酸化ガス流路２１０を有する。酸化ガス流路２１０の流入側は、例えば酸化ガスが通流する配管を介して、エアポンプ４に接続される。酸化ガス流路２１０の排出側は、後述のように排出ボックス６に接続されている。エアポンプ４から燃料電池スタック２に供給された酸化ガスは、酸化ガス流路２１０に流入し、カソード２１に接触した後、酸化ガス流路２１０から燃料電池スタック２の外部に排出される。
　アノード２０に燃料ガスが接触して水素が供給され、カソード２１に酸化ガスが接触して酸素が供給されることにより両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。電気化学反応においては、アノード２０側から固体高分子膜２２を透過してきた水素イオンとカソード２１側の酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。したがって、燃料電池スタック２におけるカソード２１側の排気には、水が含まれる。また、上記電気化学反応は、発熱反応であり、カソード２１側の排気は熱を保有する。更に、水の一部は、固体高分子膜２２を通過してアノード２０側に移動する。一例として、酸化ガスが空気である場合、空気中の窒素の一部が固体高分子膜２２を通過してアノード２０側に移動する。したがって、アノード２０側の排気には、水、窒素等の不純物が含まれる。
　気液分離器５は、燃料電池スタック２及び排出ボックス６に接続されており、流入する流体を気体と水とに分離して排出する。気液分離器５の流入側は、燃料ガス流路２００の排出側に接続され、アノード２０側から排出された水素と、水等の不純物とを含む流体が流入する。
　気液分離器５の排水側は、排出ボックス６に接続されている。気液分離器５の気体の排出側は、水素供給部３から燃料ガス流路２００への水素の流入経路の中途部分に接続されている。これにより、未反応の状態で燃料ガス流路２００から排出された水素を循環させて、再度アノード２０に供給することができる。
　なお、アノード２０側から排出された気体に含まれる不純物は、燃料電池スタック２の発電に伴って増加し、これにより、アノード２０に供給される水素濃度が低下していく。このため、燃料電池１は、水素の循環経路から定期的に、燃料電池１の外部に循環経路内の気体を排出する。
　排出ボックス６は、気液分離器５の排水側と、酸化ガス流路２１０の排出側とに接続されている。したがって、排出ボックス６には、アノード２０側の排水及びカソード２１側の排気が流入する。また、排出ボックス６に流入した気体及び液体は、燃料電池１の後述する筐体の１０外部に排出される。
　燃料電池１は、筐体１０を備え、上記の燃料電池１を形成する燃料電池スタック２、エアポンプ４等の各部は、筐体１０の内部に配されている。図２においては、水素供給部３及び気液分離器５の図示は省略している。なお、以下の説明において使用する上下及び左右の方向は、各図中に示してある。
　筐体１０は、筐体１０の底側の下壁部１０ａの外面から下側に延び、左右方向に長い脚部１１を有し、該脚部１１を設置面に配して設置される。脚部１１は、下壁部１０ａの前後方向（図２の紙面に垂直な方向）の両端部夫々に向けられているが、図２においては、後側（紙面の裏面側）の一方のみを示している。排出ボックス６は、筐体１０の内部において、筐体１０の下壁部１０ａの内面上に設けられている。したがって、排出ボックス６は、筐体１０の底側に位置している。
　図３は、図２中のＡで示した部分の拡大図である。排出ボックス６は、直方体状をなし、矩形板状の底壁６０、該底壁６０に対向する矩形板状の天壁６１、底壁６０及び天壁６１に連なる矩形枠状の側壁６２を有する。底壁６０の外面は、筐体１０の下壁部１０ａの内面に接している。側壁６２は、底壁６０の内面の周縁部から立ち上がっている。天壁６１は、内面の周縁部が側壁６２の上端面に接するように設けられている。
　底壁６０には、第１排出口６０１が貫設されている。筐体１０の下壁部１０ａには、第１排出口６０１に連なる第１連通口１０１が貫設されている。したがって、第１連通口１０１及び第１排出口６０１は、筐体１０の外部及び排出ボックス６を連通し、第１排出口６０１は、第１連通口１０１を介して筐体１０の外部に連なっている。
　第１排出口６０１及び第１連通口１０１には、水抜きキャップ７１が取り付けられている。水抜きキャップ７１は、外部からの風雨の侵入を防止し、内部の水を外部に排出するための部品である。水抜きキャップ７１は、排出ボックス６内部と、筐体１０の外部とを連通している。排出ボックス６内の排気及び排水が、水抜きキャップ７１を介して、筐体１０の外部に排出される。
　排出ボックス６の天壁６１には、排気流入口６１０、排水流入口６１１及び第２排出口６１２が貫設されている。排気流入口６１０は、左右方向中央部の左寄りに設けられ、第２排出口６１２は、排気流入口６１０の右後方に設けられ、排水流入口６１１は、第２排出口の右前方に設けられている。
　排出ボックス６は、外部における上面及び側面が、断熱壁８に覆われている。断熱壁８は、上壁部８０及び矩形枠状の枠部８１を有する。枠部８１は、筐体１０の下壁部１０ａの内面から上側に立ち上がり、排出ボックス６の外側面を覆っている。上壁部８０は、枠部８１の上端面に接し、排出ボックス６の外部の上面を覆っている。なお、排出ボックス６の外部において、上面及び側面だけでなく、下面が断熱部材に覆われていてもよい。
　断熱壁８の上壁部８０には、排出ボックス６の排気流入口６１０に連なる第１連設口８００と、排水流入口６１１に連なる第２連設口８０１と、第２排出口６１２に連なる第３連設口８０２が貫設されている。
　排気流入口６１０及び第１連設口８００には、カソード側配管９０が接続されている。カソード側配管９０の一端部は、排気流入口６１０及び第１連設口８００を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。カソード側配管９０の他端部は、排出ボックス６から上側に延び、図示しない接続配管等を介してスタック２の酸化ガス流路２１０の排出側に接続されている。したがって、カソード側配管９０においては、カソード２１側の排気が通流し、カソード側配管９０を通流した排気は、排出ボックス６内に流入する。
　排水流入口６１１及び第２連設口８０１には、アノード側配管９１が接続されている。アノード側配管９１の一端部は、排水流入口６１１及び第２連設口８０１を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。アノード側配管９１の他端部は、排出ボックス６から上側に延び、図示しない接続配管等を介して気液分離器５の排水側に接続されている。したがって、アノード側配管９１においては、アノード２０側の排水が通流し、アノード側配管９１を通流した排水は、排出ボックス６内に流入する。
　排出ボックス６は、筐体１０内において、底壁６０、天壁６１及び側壁６２により囲まれた空間を形成している。形成された空間は、カソード２１側の排気及びアノード２０側の排水が流入する流入室をなす。
　第２排出口６１２及び第３連設口８０２には排出管７２が接続されている。排出管７２の一端部は、第２排出口６１２及び第３連設口８０２を挿通し、天壁６１の側から排出ボックス６内に連なっている。排出管７２の中途部は、一端部から上側に延び、下側に折り返している。排出管７２の他端部は、前記折り返し部分から下側に延びている。即ち排出管７２は、全体として、逆Ｕ字状をなしている。
　ここで、筐体１０の下壁部１０ａには、筐体１０ａ内外を連通する第２連通口１０２が貫設されており、排出管７２の他端部は、第２連通口１０２を挿通し、筐体１０の底側において、筐体１０ａの外部に連なっている。したがって、排出管７２は、排出ボックス６内及び筐体１０の外部を連通している。排出管７２を介して、排出ボックス６内の排気が筐体１０の外部に排出される。
　水抜きキャップ７１及び排出管７２は、いずれも常時開放されており、排気及び排水の排出が可能な状態である。したがって、排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気は、第１排出口６０１及び第２排出口６１２から、同時的に、排出ボックス６の外部に排出され、筐体１０の外部に排出される。
　燃料電池１は、発電を行う場合、図示しない制御装置により、水素供給部３及びエアポンプ４を駆動させる。水素供給部３の駆動により、燃料ガスが燃料ガス流路２００を通流し、アノード２０に水素が供給される。また、エアポンプ４の駆動により、酸化ガスが酸化ガス流路２１０を通流し、カソード２１に酸素を供給する。これにより、スタック２において、電気化学反応が生じ起電力が発生する。
　燃料ガス流路２００を通流した燃料ガスは、水等の不純物と共に気液分離器５内に流入し、気体と水とに分離される。気液分離器５から排出された気体は、水素供給部３からスタック２への水素の供給経路に流入する。また、気液分離器５から排出された水、即ちアノード２０側の排水は、アノード側配管９１を通流し、排水流入口６１１及び第２連設口８０１から排出ボックス６内に流入する。
　また、酸化ガス流路２１０を通流した酸化ガス、即ちカソード２１側の排気は、水等の不純物と共にカソード側配管９０を通流し、排気流入口６１０及び第１連設口８００から排出ボックス６内に流入する。
　排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気及びアノード２０側の排水は、水抜きキャップ７１を介して、第１排出口６０１及び第１連通口１０１から筐体１０の外部に排出される。また、同時的に、カソード２１側の排気等の気体が、排出管７２を通流して第２排出口６１２及び第３連設口８０２から筐体１０の外部に排出される。
　燃料電池１の発電に伴って、カソード２１側の排気が排出ボックス６内に流入し、該排気の熱によって排出ボックス６が加温される。これにより、排出ボックス６内及び排出ボックス６の流出入経路の水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。カソード２１側の排気は、燃料電池１の発電に伴って排出ボックス６内に流入するので、燃料電池１の発電を行うだけで、容易に排出ボックス６及び排出ボックス６の流出入経路において水の凍結の防止、解凍を行うことができる。これにより、第１排出口６０１及び第２排出口６１２等の流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。
　また、排出ボックス６は、第１排出口６０１及び第２排出口６１２を有するので、第１排出口６０１が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２排出口６１２により、排気を行うことができ、燃料電池１による発電を継続することができる。更に、第２排出口６１２は、第１排出口６０１よりも上側に位置しており、主として、水は第１排出口６０１から排出され、気体は第２排出口６１２から排出されるので、排出ボックス６内において、気液分離してカソード２１側の排気とアノード２０側の排水とを排出することができる。
　第２排出口６１２は天壁６１に設けられているので、水は第２排出口６１２からは排出されにくく、第２排出口６１２における水の凍結をより良好に防止することができる。
　カソード側配管９０は、排出ボックス６の上側の排気流入口６１０に接続され、天壁６１の側から排出ボックス６の内部に連なっており、カソード側配管９０内に水が溜まらないので、良好に凍結を防止できる。
　排出ボックス６は断熱壁８に覆われているので、排出ボックス６が断熱壁８に保温される。これにより、排出ボックス６内における水の凍結を抑制し、水の凍結の可能性を低減することができる。
　アノード２０側の排水は、排出ボックス６に流入し、カソード２１の排気により加温されるので、凍結が防止される。
　排出ボックス６は、筐体１０の内部の底側に位置しているので、第１排出口６０１から筐体１０の外部までの距離を短くすることができる。これにより、筐体１０の第１連通口１０１が凍結した場合であっても、カソード２１側の排気により加温された排出ボックス６の熱の伝導により、良好に解凍を行うことができる。
　排出管７２は、第２排出口６１２に接続され、筐体１０の底側の第２連通口１０２を介して筐体１０の外部に連なっている。したがって、排出管７２により、カソード２１側の排気を筐体１０の外部に排出することができる。また、排出管７２の他端部、即ち筐体１０の外部に連なる部分は、下向きとなっており、水が溜まりにくい。したがって、排出管７２内における水の凍結を防止することができる。
　更に排出管７２は、第２排出口６１２及び筐体１０の第２連通口１０２を挿通し、排出ボックス６の内部及び筐体１０の外部を連通しているので、結露等による水が筐体１０内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
　排出ボックス６に流入したカソード２１側の排気等の気体は、第１排出口６０１及び前記第２排出口６１２から、同時的に、排出ボックス６の外部へ排出される。したがって、第１排出口６０１又は第２排出口６１２において、水の凍結等による閉塞が発生した場合であっても、第１排出口６０１及び第２排出口６１２の切り替えを行わずに、閉塞していない第２排出口６１２又は第１排出口６０１から自動的に排気等を排出できる。
（実施の形態２）
　実施の形態２においては、実施の形態１と排出ボックス６の設置個所が異なる。実施の形態２の燃料電池１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図４に示すように、実施の形態２においては、排出ボックス６は、筐体１０の外部の右側壁１０ｂの外面に接して位置している。筐体１０には、筐体１０内の換気を行う換気口（不図示）が設けられている。
　図５に示すように、排出ボックス６は、底壁６０及び天壁６１並びに側壁６２を有する。底壁６０及び天壁６１並びに側壁６２は連設されている。なお、図４において、排出ボックス６は、断熱部材に覆われていないが、断熱部材に覆われていてもよい。
　底壁６０には、外部に連なる第１排出口６０１が設けられており、該第１排出口６０１には、水抜きキャップ７１が取り付けられている。水抜きキャップ７１は、外部からの風雨の侵入を防止し、内部の水を外部に排出するための部品である。カソード２１側の排気及びアノード２０側の排水は、水抜きキャップ７１を介して第１排出口６０１から外部に排出される。
　排出ボックス６の側壁６２の左側部には、第２排出口６２０が設けられている。また、筐体１０の右側壁１０ｂには、第２排出口６２０に連なる第３連通口１０３が設けられている。したがって、第２排出口６２０は、第３連通口１０３を介して筐体１０の内部に連なり、筐体１０の内部及び前記換気口を介して筐体１０の外部に連なっている。なお、筐体１０において、実施の形態１における第１連通口１０１及び第２連通口１０２は設けられていない。
　カソード側配管９０の一端部は、第２排出口６２０及び第３連通口１０３を挿通し、排出ボックス６の内部に連なっている。カソード側配管９０の他端部は、スタック２の酸化ガス流路２１０の排出側に接続されている。
　アノード側配管９１の一端部は、第２排出口６２０及び第３連通口１０３を挿通して排出ボックス６内に連なっている。アノード側配管９１の他端部は、スタック２の燃料ガス流路２００の排出側に接続されている。
　したがって、排出ボックス６内に、カソード側配管９０からカソード２１側の排気が流入し、アノード側配管９１からアノード２０側の排水が流入する。排出ボックス６内に流入したカソード２１側の排気は、上記のように水抜きキャップ７１を介して外部に排出され、また、第２排出口６２０から筐体１０の内部に排出され、筐体１０の前記換気口から筐体１０の外部に排出される。また、排出ボックス６内に流入したアノード２０側の排水は第１排出口６０１から水抜きキャップ７１を介して、筐体１０の外部に排出される。
　燃料電池１の発電に伴って、カソード２１側の排気が排出ボックス６内に流入し、該排気の熱によって排出ボックス６が加温される。これにより、燃料電池１の発電を行うだけで、容易に排出ボックス６及び排出ボックス６の流出入経路において水の凍結の防止、及び解凍を行うことができる。また、第１排出口６０１及び第２排出口６２０等の流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。
　また、排出ボックス６は、筐体１０の外側にあるので、結露等による水が筐体１０内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
　第２排出口６２０は、第３連通口１０３、筐体１０内部、筐体１０の換気口を介して、筐体１０の外部に連なっているので、カソード２１側の排気を筐体１０の外部に排出することができる。
　また、排出ボックス６は、第１排出口６０１及び第２排出口６２０を有するので、第１排出口６０１が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２排出口６２０により、排気を行うことができ、燃料電池１による発電を継続することができる。更に、第２排出口６２０は、第１排出口６０１よりも上側に位置しており、主として、水は第１排出口６０１から排出され、気体は第２排出口６２０から排出されるので、排出ボックス６内において、気液分離してカソード２１側の排気とアノード２０側の排水とを筐体１０の外部に排出することができる。
　排出ボックス６に流入したカソード２１側の排気等の気体は、第１排出口６０１及び第２排出口６２０から、同時的に、排出ボックス６の外部へ排出される。したがって、第１排出口６０１又は第２排出口６２０において、水の凍結等による閉塞が発生した場合であっても、第１排出口６０１及び第２排出口６２０の切り替えを行わずに、閉塞していない第２排出口６２０又は第１排出口６０１から自動的に排気を排出できる。
　なお、実施の形態１及び実施の形態２において、排出ボックス６の底壁６０、天壁６１及び側壁６２を、筐体１０の壁部が兼ねるように構成してもよい。また、水抜きキャップ７１を配しないこととしてもよい。
　本開示の燃料電池は、筐体と、該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部とを備えることを特徴とする。排出ボックス６は、流入室の一例である。第１排出口６０１は、第１開口部の一例である。第２排出口６１２及び６２０は、第２開口部の一例である。
　本開示の燃料電池は、発電に伴って、カソードの側の排気が流入室に流入し、該排気の熱により流入室が加温される。これにより、流入室内及び流入室の流出入経路において水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。排気は発電に伴って流入室に流入するので、燃料電池の発電に伴って、流入室内及び流入室の流出入経路における水の凍結の防止及び解凍を容易に行うことができる。これにより、流出入経路において、水の凍結による閉塞が生じた場合に、解凍により該閉塞を解消できる。排気流入口６１０、排水流入口６１１、第１排出口６０１、第２排出口６１２、又は第２排出口６２０のうちの少なくとも１つが、流出入経路の一例である。
　また、流入室は第１開口部及び第２開口部を有するので、第１開口部が水の凍結により閉塞した場合であっても、第２開口部により、排気を行うことができ、燃料電池による発電を継続することができる。更に、第２開口部は、第１開口部よりも上側に位置しており、主として、水は第１開口部から排出され、気体は第２開口部から排出されるので、流入室内において気液分離をして、カソード側の排気及びアノード側の排水を排出することができる。
　本開示の燃料電池は、前記第２開口部は前記天壁に設けられていることを特徴とする。
　本開示によれば、水は第２開口部から排出されにくく、第２開口部における水の凍結をより良好に防止することができる。
　本開示の燃料電池は、前記天壁の側から前記流入室の内部に連なり、前記カソードの側の排気が通流する通流管を備えることを特徴とする。カソード側配管９０は、通流管の一例である。
　本開示によれば、通流管は、流入室の上側に接続され、通流管内に水が溜まらないので、良好に凍結を防止できる。
　本開示の燃料電池は、前記流入室を覆う断熱部材を備えることを特徴とする。
　本開示によれば、流入室を断熱部材により保温し、水の凍結を抑制することができ、水の凍結の可能性を低減することができる。
　本開示の燃料電池は、前記アノードの側の排水が前記流入室に流入することを特徴とする。
　本開示によれば、流入室内にアノードの側の排水が流入し、カソードの排気により加温されるので、該排水の凍結を防止することができる。
　本開示の燃料電池は、前記流入室は、前記筐体の内部の底側に位置していることを特徴とする。
　本開示によれば、第１開口部から筐体の外部までの距離を短くすることができる。これにより、筐体における排気の出口が凍結した場合であっても、加温された流入室の熱の伝導により、良好に解凍を行うことができる。
　本開示の燃料電池は、前記流入室は、前記筐体の外面に接して位置していることを特徴とする。
　本開示によれば、発電に伴って、カソードの側の排気が流入室に流入し、該排気の熱により流入室が加温される。これにより、流入室内及び流入室の流出入経路において水の凍結を防止し、また、水が凍結している場合には解凍を行うことができる。また、流入室は、筐体の外側にあるので、結露等による水が筐体内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
　本開示の燃料電池は、前記第２開口部に接続され、前記筐体の底側において前記筐体の外部に連なる配管を備えることを特徴とする。
　本開示によれば、配管を介して、排気を筐体の外部に排出することができる。また、配管の筐体の外部に連なる部分は、下向きとなり、水が溜まりにくい。したがって、配管内における水の凍結を防止することができる。また、配管は、第２開口部及び筐体の外部を連通しているので、結露等による水が筐体内の機器に接触することを防止でき、該機器の不具合を防止することができる。
　本開示の燃料電池は、前記流入室に流入した排気は、前記第１開口部及び前記第２開口部から、同時的に、前記流入室の外部へ排出されることを特徴とする。
　本開示によれば、第１開口部又は第２開口部が閉塞した場合であっても、第１開口部及び第２開口部の切り替えを行わずに、閉塞していない第２開口部又は第１開口部から自動的に排気を排出できる。
　開示された実施の形態はすべて例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。つまり、適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本開示の技術的範囲に含まれる。
　１　燃料電池
　１０　筐体
　２０　アノード
　２１　カソード
　６０　底壁
　６１　天壁
　６２　側壁　６　排出ボックス（流入室）
　６０１　第１排出口（第１開口部）
　６１２，６２０　第２排出口（第２開口部）
　７２　排出管（配管）
　８　断熱壁（断熱部材）
　９０　カソード側配管（通流管）

Claims (9)

  1. 　筐体と、
    　該筐体の内部に設けられているアノード及びカソードと、
    　底壁、天壁、並びに、前記底壁及び前記天壁に連なる側壁を有し、前記カソードの側の排気が流入する流入室と、
    　前記底壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第１開口部と、
    　前記天壁又は前記側壁に設けられ、前記筐体の外部に連なる第２開口部と
    　を備えることを特徴とする燃料電池。
  2. 　前記第２開口部は前記天壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
  3. 　前記天壁の側から前記流入室の内部に連なり、前記カソードの側の排気が通流する通流管を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。
  4. 　前記流入室を覆う断熱部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の燃料電池。
  5. 　前記アノードの側の排水が前記流入室に流入することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の燃料電池。
  6. 　前記流入室は、前記筐体の内部の底側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の燃料電池。
  7. 　前記流入室は、前記筐体の外面に接して位置していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の燃料電池。
  8. 　前記第２開口部に接続され、前記筐体の底側において前記筐体の外部に連なる配管を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載の燃料電池。
  9. 　前記流入室に流入した排気は、前記第１開口部及び前記第２開口部から、同時的に、前記流入室の外部へ排出される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の燃料電池。
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